Préserver le patrimoine spéléologique roumain avec des données de nuage de points et GNSS

Auteur : George Damian, Renata Barradas

La numérisation 3D constitue une méthode de documentation de haute résolution, non invasive, pour comprendre des sites naturels et culturels, et pour gérer leur exposition à des risques naturels et liés à l'être humain. Des chercheurs dans divers domaines explorent l'étendu des applications de cette technologie, tout comme les spéléologues, qui utilisent les numérisations 3D pour étudier et mesurer des grottes avec une précision millimétrique de manière non intrusive. Les données de nuage de points permettent aux spécialistes d'extraire des informations cartographiques et de calculer des surfaces et des volumes pour examiner l'évolution de caractéristiques topographiques et bathymétriques dans les grottes.

Afin de préserver et de comprendre le patrimoine spéléologique de la Roumanie, Top Geocart, distributeur local de produits Leica Geosystems, a scanné avec un système laser, la grotte Meziad, une merveille naturelle située dans les Carpates occidentales. Le site de Meziad est la première grotte ouverte au tourisme en Roumanie et il est connu pour ses paysages souterrains spectaculaires remplis de magnifiques spéléothèmes (stalactites, stalagmites, colonnes et rideaux). La grotte abrite aussi l'une des plus grandes colonies de chauvesouris de l'Europe du Sud-Est, ainsi que des organismes endémiques microscopiques (certains étant confinés dans la grotte Meziad).

Cette documentation 3D en haute résolution vise à relever la complexité du site et à introduire des mesures de conservation pour le maintenir ou le restaurer avant la réalisation de recherches archéologiques et paléontologiques invasives susceptibles de modifier la structure originale. En outre, Top Geocart a généré des modèles 3D et d'autres documents pour permettre à son client, Spelemat, d'enregistrer, d'organiser et de récupérer des informations en vue d'une analyse supplémentaire. Les données documentent et enregistrent l'état de ce patrimoine naturel et culturel.

MISSION À L'INTÉRIEUR DE LA GROTTE

En collaboration avec des spécialistes de Spelemat, Top Geocart a conçu le projet et planifié cette mission dans les entrailles de la Terre. Ce groupe de spécialistes qui comprend, respecte et promeut l'utilisation de techniques et de données géospatiales, a collecté des données de terrain sans impact sur l'environnement. L'équipe a dû prévoir le bon moment pour entrer dans la grotte, puisque la météo et l'écoulement de la rivière de la grotte étaient des facteurs de réussite cruciaux dans cette mission.

Les spécialistes de Top Geocart ont utilisé la meilleure technologie, notamment les systèmes suivants :

• Scanner laser 3D Leica RTC360
• Scanner laser imageur Leica BLK360
• Smart antenne GNSS Leica Viva GS16
• Mobile GNSS temps réel Leica GS18 T
• Leica DISTO™ S910

Pour l'assemblage de nuages de points, la modélisation et le réseau GNSS, l'équipe s'est appuyée sur les équipements suivants :

• Logiciel Leica Infinity
• Logiciel d'assemblage de nuages de points Leica Cyclone REGISTER 360 
• Leica Cyclone MODEL
• Leica Cyclone 3DR
• Logiciel Leica GNSS Spider

L'équipe a exploré et géoréférencé la zone montagneuse avec les mobiles GNSS temps réel GS16 et GS18 T en fournissant des corrections du réseau national roumain. de stations de référence (ROMPOS), exploité avec le logiciel GNSS Spider. Des corrections SmartLink se sont avérées nécessaires puisque l'environnement montagneux, comprenant des pentes et des arbres, a masqué la zone, en provoquant de temps en temps des pertes de signal GSM/GPRS. La capacité des unités GS16 et GS18 T à utiliser le service SmartLink était un facteur clé pour compenser cette discontinuité et toujours livrer une position précise. Pour fournir les positions les plus précises, l'équipe s'est aussi appuyée sur la technologie Leica RTKplus des deux mobiles temps réel, puisque celle-ci s'adapte de façon intelligente aux conditions changeantes en sélectionnant les signaux GNSS optimaux.

À l'intérieur de la grotte, placés dans des conteneurs et des sacs flottants étanches à l'eau, les RTC360 et BLK360 ont dérivé de point en point. La vitesse et la précision étaient d'une importance capitale pendant la numérisation 3D réalisée avec un niveau d'eau à hauteur du thorax et des températures inférieures à 10 °C.

Munie du RTC360, l'équipe a relevé de grandes parties de la grotte et des artéfacts, en créant des nuages de points 3D en couleur en moins de deux minutes. Avec une capacité de numérisation 3D jusqu'à 2 millions de points par seconde, le système imageur HDR avancé et la fonction d'assemblage automatisé sans cible du RTC360, Top Geocart a relevé les zones présentant un intérêt particulier à l'intérieur de la grotte en deux heures à raison de 750 mètres par heure.

Sur simple pression d'un bouton, Top Geocart a relevé des images panoramiques en couleur superposées sur un nuage de points de haute précision pour les parties étroites de la grotte avec le scanner imageur le plus petit et le plus léger, à savoir le BLK360. Dans les zones où il était impossible d'installer les scanners laser sur un trépied, les mesures ont été réalisées avec le DISTO™ S910.

DOCUMENTS DE LA MISSION

À l'extérieur de la grotte, près de l'entrée, l'équipe a transféré de façon automatique les données du site au bureau en utilisant Leica Exchange, le service d'échange fourni par Leica Geosystems, qui a réduit le temps de travail dans cet environnement inhospitalier. Le transfert facile des données entre le terrain et le bureau avec Exchange a permis aux experts d'effectuer un premier contrôle des données sur le site avec le logiciel Leica Cyclone FIELD 360, le lasermètre Leica DISTO™ Transfer et l'application Leica DISTO™ Plan.

De retour au bureau, les données de nuage de points des BLK360 et RTC360 avec Cyclone REGISTER 360 ont été assemblées. L'équipe a ensuite contrôlé et traité les données GNSS avec le logiciel Infinity. Elle a également importé les données DISTO™ dans le projet GNSS. En collaboration avec Spelemat, Top Geocart a créé un nuage de points unifié comme projet Cyclone REGISTER 360 et l'a exporté aux formats E57 et LGS pour le visualiser avec JetStream Viewer, un outil léger de visualisation de nuages de points. Les spécialistes ont importé le fichier E57 dans le logiciel Leica Cyclone 3DR pour créer des maillages et calculer des modèles numériques de terrain (MNT) à partir de nuages de points.

Les experts ont aussi créé des plans topographiques 2D et des MNT 3D avec les données des mobiles temps réel GS16 et GS18 T pour développer de nouveaux itinéraires et voies pour les visiteurs. Ils ont extrait les distances et fichiers CAO avec des images et points 3D des données recueillies avec le DISTO™ S910.

Les données fournies aideront aussi bien les chercheurs et les touristes que les facility managers. Elles serviront à réaliser des études de faisabilité pour les plans touristiques et à établir un matériel publicitaire pour inviter les visiteurs à explorer cette merveille naturelle. Les documents de nuages de points fournissent aux chercheurs un jumeau numérique de la grotte d'où ils peuvent extraire tout profil et toute mesure 3D. En même temps, les données GNSS ont aidé à identifier des zones et chemins afin de créer un accès pour les touristes et les scientifiques.

« Leica Geosystems et Top Geocart fournissent un ensemble complet d'unités matérielles et logicielles pour toute la chaîne de travail. Les capteurs sont aptes à travailler dans des environnements difficiles et à remplir les plus hauts standards d'excellence en matière de mesure. La direction et les spécialistes de Spelemat ont reconnu avoir pu réaliser un travail plus efficace et dans des environnements plus complexes qu'auparavant », déclare Viorel Lascu, expert en gestion de grottes chez Spelemat.

Le succès du relevé de la grotte Meziad a poussé Spelemat à investir dans des systèmes RTC360, BLK360 et DISTO™ pour continuer à explorer et à comprendre les trésors naturels de la Roumanie.